ДНК сворачивается в умную нанокапсулу для доставки лекарств

Исследователи из Университета Йювяскюля и Университета Аалто (Финляндия) создали наноструктуру на основе ДНК, способную выполнять заданную функцию в условиях, имитирующих внутреннюю среду организма. Команда разработала капсулообразный носитель, который открывается и закрывается в зависимости от уровня pH окружающего раствора. Нанокапсулу можно загрузить различным грузом, закрыть для доставки и снова открыть с помощью небольшого повышения pH.

Функция нанокапсулы основана на pH-чувствительных участках ДНК.

Для этого команда спроектировала структуру ДНК-оригами в форме капсулы, функционализированную pH-чувствительными цепями ДНК. Такие динамические наноконструкции часто управляются за счёт водородных связей между двумя комплементарными последовательностями ДНК. В данном случае одна половина капсулы была оснащена специфическими двуцепочечными доменами ДНК, которые могли образовывать тройную спираль ДНК (структуру из трёх, а не двух молекул ДНК), присоединяясь к подходящей одноцепочечной ДНК в другой половине.

«Образование тройной спирали возможно только при определённом pH окружающего раствора. Мы называем эти pH-чувствительные цепи "pH-защёлками", потому что при взаимодействии они функционируют подобно своим макроскопическим аналогам и запирают капсулу в закрытом состоянии. Мы включили в конструкцию капсулы несколько таких мотивов, чтобы обеспечить её открытие/закрытие на основе кооперативного поведения защёлок. Открытие капсулы происходит очень быстро и требует лишь небольшого повышения pH раствора», — поясняет первый автор исследования, аспирант Хейни Ийяс из Нанонаучного центра Университета Йювяскюля.

Наночастицы и ферменты можно загружать и инкапсулировать

Чтобы использовать нанокапсулы для транспортировки молекул или терапевтических веществ, команда спроектировала в них полость для размещения различных материалов. Они продемонстрировали, что как золотые наночастицы, так и ферменты можно загружать (при высоком pH), инкапсулировать (при низком pH) и снова высвобождать (при высоком pH). Контролируя активность фермента, исследователи установили, что груз остаётся полностью функциональным на протяжении всего процесса.

«Самое интригующее в капсулах из ДНК-оригами — это то, что пороговое значение pH для открытия и закрытия полностью регулируется выбором нуклеотидных последовательностей pH-защёлок. Мы установили пороговый pH на уровне 7.2–7.3, что близко к pH крови. В будущем такой тип лекарственного носителя можно оптимизировать для селективного открывания внутри определённых раковых клеток, которые могут поддерживать более высокий pH, чем нормальные здоровые», — говорит адъюнкт-профессор Университета Аалто Вейкко Линко.

Кроме того, капсулы сохраняли функциональность при физиологических концентрациях магния и натрия, а также в 10% плазме крови, и, вероятно, продолжат работать при ещё более высоких концентрациях плазмы. В совокупности эти результаты помогают проложить путь к созданию умных и полностью программируемых средств доставки лекарств для наномедицины.